Erst am 14. November 1867 bekam Ingoldstadt einen Bahnanschluss nach München, der am 12. April 1870 nach Treuchtlingen verlängert wurde. Das erste Empfangsgebäude war ein Holzgebäude. Die Bahnstation hatte die offizielle Bezeichnung Ingolstadt Provisorium. Später kam ein Localbahnhof (der heutige Nordbahnhof) nördlich der Donau hinzu. Der spätere Centralbahnhof wurde nach Plänen von Graff zwischen 1873 und 1877 erbaut. Mit der Fertigstellung der Strecke nach Regensburg am 1. Juni 1874 eröffnete auch der Centralbahnhof. 1875 eröffnete die Paartalbahn nach Augsburg den Betrieb. 1897 wurde eine Stahlbrücke für die Fußgänger über die Gleisanlage gebaut, die bis heute in Betrieb ist. Die Strecke nach München begann 1935 mit dem elektrischen Betrieb. Am 23. April 1945 zerstörte eine Bomberangriff den Bahnhof. 1948 wurde die Bahnhofsgaststätte auf dem alten Fundament wieder aufgebaut. Der Bahnhof folgte etwas später. Am 25. November 1957 eröffnete der neue Bahnhof. In der Schalterhalle zeigt ein Wandbild mit Putzintarsien von Georg Winter die 600-jährige Entwicklung der Festung Ingolstadt. 1959 wurden die Bahnsteige überdacht. Durch die Ansiedlung der Auto Union (heute Audi) 1949 wuchs das Güteraufkommen stetig an. 1963 wurden die Gleisanlagen erweitert. 1990 begann der Bau einer Umgehungsstrecke, der im Mai 1995 abgeschlossen wurde. Im Zuge dieser Bauarbeiten verlege man ein drittes Gleis zum Nordbahnhof und erweiterte die Donaubrücke.